C++ 继承机制详解：从概念到转换规则

为了解决这个问题，我们可以将公共成员提取到 Person 基类中，让 Student 和 Teacher 继承 Person。这样既复用代码，又避免了重复定义。

class Person {
public:
    // 进入校园/图书馆/实验室刷二维码等身份认证
    void identity() {
        cout << "void identity()" << _name << endl;
    }
protected:
    string _name = "张三"; // 姓名
    string _address;       // 地址
    string _tel;           // 电话
    int _age = 18;         // 年龄
};

class Student : public Person {
public:
    // 学习
    void study() {
        // ...
    }
protected:
    int _stuid; // 学号
};

class Teacher : public Person {
public:
    // 授课
    void teaching() {
        // ...
    }
protected:
    string title; // 职称
};

int main() {
    Student s;
    Teacher t;
    s.identity();
    t.identity();
    return 0;
}

2. 继承的定义

2.1 定义格式

在 C++ 中，基类也称为父类，派生类也称为子类。这两种称呼本质相同，只是翻译习惯不同。

2.2 继承基类成员访问方式的变化

继承方式决定了基类成员在派生类中的可见性。下表总结了三种继承方式下成员访问权限的变化：

• 私有成员不可见：基类的 private 成员无论以何种方式继承，在派生类中都是不可见的。注意，这里的'不可见'是指语法上限制派生类对象无法访问它，尽管这些成员实际上存在于派生类对象的内存布局中。
• 保护成员的作用：如果基类成员不想在类外直接访问，但需要在派生类中访问，应定义为 protected。可以看出，protected 限定符主要是为了配合继承而存在的。
• 访问权限计算：基类其他成员在派生类的访问权限遵循最小原则，即 Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)。优先级顺序为：public > protected > private。
• 默认继承方式：使用关键字 class 时，默认继承方式是 private；使用 struct 时，默认是 public。不过为了代码清晰，建议显式写出继承方式。
• 最佳实践：实际开发中通常使用 public 继承。protected 或 private 继承下来的成员只能在派生类内部使用，扩展性和维护性较差，一般不提倡使用。

3. 继承模板示例

当基类是类模板时，派生类需要特别注意作用域问题。

namespace jiang {
    template<class T>
    class stack : public std::vector<T> {
    public:
        void push(const T& x) {
            // 基类是类模板时，需要指定作用域，否则编译报错
            // error C3861: 'push_back': 找不到标识符
            // 因为 stack<int> 实例化时，也实例化了 vector<int>
            // 但是模板是按需实例化，push_back 等成员函数未实例化，所以找不到 vector<T>::push_back(x)
            std::vector<T>::push_back(x);
        }
        void pop() {
            std::vector<T>::pop_back();
        }
        const T& top() {
            return std::vector<T>::back();
        }
        bool empty() {
            return std::vector<T>::empty();
        }
    };
}

int main() {
    jiang::stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    }
    return 0;
}

4. 基类和派生类之间的转换

• 向上转型：public 继承的派生类对象可以赋值给基类的指针或引用。这被称为'切片'或'切割'，寓意把派生类中基类那部分切出来，基类指针或引用指向的是派生类中切出来的基类那部分。
• 向下转换：基类对象不能直接赋值给派生类对象。基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用，但这必须是安全的——即基类的指针确实指向了派生类对象。如果基类是多态类型，建议使用 RTTI（Run-Time Type Information）中的 dynamic_cast 来进行识别和安全转换。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person {
protected:
    string _name; // 姓名
    string _sex;  // 性别
    int _age;     // 年龄
};

class Student : public Person {
public:
    int _No; // 学号
};

int main() {
    Student sobj;
    
    // 1. 派生类对象可以赋值给基类的指针/引用
    Person* pp = &sobj;
    Person& rp = sobj;
    
    // 派生类对象赋值给基类对象是通过调用基类的拷贝构造完成的
    Person pobj = sobj;
    
    // 2. 基类对象不能赋值给派生类对象，这会编译报错
    // sobj = pobj;
    
    return 0;
}